柴油发电机排气背压高低影响和正常值测量
发布时间：2024-06-21 点击：307
柴油发电机排气背压高低影响和正常值测量
排气背压是柴油发电机排气系统设计一个关键参数。通过采用“正交+数值计算”的方法对影响海上平台用柴油发电机排气背压的因素进行分析研究。分析研究表明，废气流量、废气比重、排气管内径以及排气直管当量总长度对柴油发电机的排气背压都有影响，其中废气流量与排气管内径对柴油发电机的排气背压影响十分显著，随着废气流量的增大，排气背压也跟着增大；随排气管内径增大，排气背压先急剧下降然后在300 mm左右开始背压下降趋向平缓。
当前针对海洋工程上应用的设备的废弃物排放标准要求越来越高。发电机组是海洋工程上不可或缺的重要设备，作为一种能源转换装置，对其进行绿色设计十分必要。其中发电机的排气系统设计对发电机的机械性能、使用寿命、能量转换效率等方面有着显著的影响。特别是对海洋平台用的柴油发电机组，其安装在极其有限的平台空间中，既要保证其使用性能又要符合国家的相关标准规范，故其排气系统的设计及安装布置都是十分重要的。理论研究及工程实践表明：发电机排气背压过小会导致提前排气，使能量转换不充分，造成能源的浪费并且加大排放到大气中的废气量，污染加剧。若排气背压过大则会大量消耗机械功，使效率下降，影响发电机的性能，耗油量加大。因此发电机的排气背压要在一个规定区间内，才能使发电机环保运行。在正常情况下发电机厂商都会对发电机进行背压测试，从而得到一个最大排气背压限制值，然后用户根据这个最大背压值去设计相应的排气管道系统。
针对排烟系统设计，工程技术人员一般是根据经验去设计布置排烟系统，然后根据厂家提供的估算公式去验算背压，由于对各影响因素对背压的影响显著程度缺乏直观的了解和指引，导致经常会反复修改排烟系统布置图。现在国内外对背压的研究和设计一般采用软件数值模拟计算的方式去计算背压，虽然结果相对精确，但是过程十分烦杂。而在普通的工程项目中对背压的要求并没有需要很精确的数值，只需要控制在一定范围内。论文创新性地将“正交+数值计算”技术引入到对柴油发电机排气背压影响因素的分析中，展开对柴油发电机排气背压影响因素的研究。
图1 柴油发电机典型排气管路设计图
一、研究对象
本文以某钻机上应用的柴油发电机排气系统为研究对象，根据海上平台的实际情况确定影响因素和水平，并通过科学的方法对这些发电机排气背压影响因素进行研究，从而得到这些影响因素对发电机排气背压的影响程度以及趋势。
对于本文研究的发电机排气系统的背压指排气出口处(图2中的1位置)到排气管出口处(大气压)之差。其形成的原因是气体在高速流动时受到内部摩擦阻碍与外部物体对其的阻碍。排气过程中的功率损失主要由沿程阻力和局部阻力两部分组成。其中沿程阻力主要出现在排气管道内壁上，这是由于排出气体与管道壁面之间摩擦而产生的，其大小取决于排气管内壁粗糙度以及废气的流动速度。而局部阻力主要出现在排气系统中各气体流通截面突变处，即主要集中在排气系统管路以及在消声器内气体流动通道中的收缩或扩张等截面积突变处。在气体流通截面突变处，气体的压力能和其动能产生突变，气体在小范围内形成漩涡加剧其动能的转换，能量耗损增加，同时进一步加剧了流体之间的摩擦损失，内能损耗增大。局部阻力取决于排气管路局部结构以及管道直径和流体速度。所以排气系统的设计及布置可以改变排气背压的大小，当背压增大时，能量损失跟着增大，耗油量及噪音也会加剧。
图3 柴油发电机结构与机房安装图
该柴油发电机是康明斯kc1340gf海洋用发电机组(结构如图2所示)，其基本参数为1200kw@1500r/min，5 hz，600v，0.8pf。该柴油发电机排气系统由干式排气管(附带隔热板)，双涡轮增压(附带隔热板)，竖直排气出口，柔性连接波纹管，变径接头，可焊接法兰，弯头，灭火星式消声器以及排气直管组成。本文所研究的排气系统是指在竖直排气出口以后部分，即废气排放量是在竖直排气出口处的数值。废气排放相关参数如表1所示。
表1 kc1340gf发电机组废气排放相关参数
负载百分比
排气气体体积流量
排气气体温度
允许最大排气背压
100%
250.6 m3/min
554.9益
6.7 kpa
10%
68.7 m3/min
278.9益
6.7 kpa
二、数值处理计算过程
本文运用正交法来对影响海上平台用柴油发电机排气背压的因素进行分析研究。这样可在实现研究目的地基础上大量减少各种资源的消耗。
由上述柴油发电机的排气参数(如表1所示)及排气系统组成结构图(如图2所示)，根据康明斯柴油发电机组设计应用指南中提供的排气背压计算式，我们选择了废气流量、废气比重、排气管内径以及排气直管当量总长度这4个影响因素作为分析因子来进行研究，并且根据以往项目相关的经验将这4个影响因素在海上平台应用的常用范围内平均分为4个等级(水平)(见表2)。废气比重c可由式1求得，其中t为排气气体温度。
c=352/t+273...........................公式（1）
表2对排气背压影响的因素水平表
因素
a废气量/(m3/min)
b排气管内径/mm
c废气比重/(kg/m3)
d排气直管单量总长/m
水平
1
70
250
0.6
20
2
130
300
0.55
40
3
190
350
0.5
60
4
250
400
0.45
80
选用l16(45)正交表来进行设计对柴油发电机排气背压影响因素数值计算的研究方案(见表3)。
表3 对柴油发电机排气背压影响因素数值计算的研究方案
因素
a废气流量/(m3/min)
b排气管内径/mm
c废气比重/(kg/m3)
d排气直管当量总长度/m
序号
1
康明斯柴油机使用的维护要点
生产厂家详细分析怎样延长使用寿命，减小发电机组零部件磨损度
10KW发电机组燃油耗费和噪音水平
符合相关国家标准950KW柴油机进风系统的作用是什么呢？
柴油发电机组“三漏”的正确处理办法
康明斯电控喷油器的检修步骤
柴油发电机燃油系统易发故障的原因
低噪音(静音)发电机组声音有多大？为什么受欢迎？
排气背压是柴油发电机排气系统设计一个关键参数。通过采用“正交+数值计算”的方法对影响海上平台用柴油发电机排气背压的因素进行分析研究。分析研究表明，废气流量、废气比重、排气管内径以及排气直管当量总长度对柴油发电机的排气背压都有影响，其中废气流量与排气管内径对柴油发电机的排气背压影响十分显著，随着废气流量的增大，排气背压也跟着增大；随排气管内径增大，排气背压先急剧下降然后在300 mm左右开始背压下降趋向平缓。
当前针对海洋工程上应用的设备的废弃物排放标准要求越来越高。发电机组是海洋工程上不可或缺的重要设备，作为一种能源转换装置，对其进行绿色设计十分必要。其中发电机的排气系统设计对发电机的机械性能、使用寿命、能量转换效率等方面有着显著的影响。特别是对海洋平台用的柴油发电机组，其安装在极其有限的平台空间中，既要保证其使用性能又要符合国家的相关标准规范，故其排气系统的设计及安装布置都是十分重要的。理论研究及工程实践表明：发电机排气背压过小会导致提前排气，使能量转换不充分，造成能源的浪费并且加大排放到大气中的废气量，污染加剧。若排气背压过大则会大量消耗机械功，使效率下降，影响发电机的性能，耗油量加大。因此发电机的排气背压要在一个规定区间内，才能使发电机环保运行。在正常情况下发电机厂商都会对发电机进行背压测试，从而得到一个最大排气背压限制值，然后用户根据这个最大背压值去设计相应的排气管道系统。
针对排烟系统设计，工程技术人员一般是根据经验去设计布置排烟系统，然后根据厂家提供的估算公式去验算背压，由于对各影响因素对背压的影响显著程度缺乏直观的了解和指引，导致经常会反复修改排烟系统布置图。现在国内外对背压的研究和设计一般采用软件数值模拟计算的方式去计算背压，虽然结果相对精确，但是过程十分烦杂。而在普通的工程项目中对背压的要求并没有需要很精确的数值，只需要控制在一定范围内。论文创新性地将“正交+数值计算”技术引入到对柴油发电机排气背压影响因素的分析中，展开对柴油发电机排气背压影响因素的研究。
图1 柴油发电机典型排气管路设计图
一、研究对象
本文以某钻机上应用的柴油发电机排气系统为研究对象，根据海上平台的实际情况确定影响因素和水平，并通过科学的方法对这些发电机排气背压影响因素进行研究，从而得到这些影响因素对发电机排气背压的影响程度以及趋势。
对于本文研究的发电机排气系统的背压指排气出口处(图2中的1位置)到排气管出口处(大气压)之差。其形成的原因是气体在高速流动时受到内部摩擦阻碍与外部物体对其的阻碍。排气过程中的功率损失主要由沿程阻力和局部阻力两部分组成。其中沿程阻力主要出现在排气管道内壁上，这是由于排出气体与管道壁面之间摩擦而产生的，其大小取决于排气管内壁粗糙度以及废气的流动速度。而局部阻力主要出现在排气系统中各气体流通截面突变处，即主要集中在排气系统管路以及在消声器内气体流动通道中的收缩或扩张等截面积突变处。在气体流通截面突变处，气体的压力能和其动能产生突变，气体在小范围内形成漩涡加剧其动能的转换，能量耗损增加，同时进一步加剧了流体之间的摩擦损失，内能损耗增大。局部阻力取决于排气管路局部结构以及管道直径和流体速度。所以排气系统的设计及布置可以改变排气背压的大小，当背压增大时，能量损失跟着增大，耗油量及噪音也会加剧。
图3 柴油发电机结构与机房安装图
该柴油发电机是康明斯kc1340gf海洋用发电机组(结构如图2所示)，其基本参数为1200kw@1500r/min，5 hz，600v，0.8pf。该柴油发电机排气系统由干式排气管(附带隔热板)，双涡轮增压(附带隔热板)，竖直排气出口，柔性连接波纹管，变径接头，可焊接法兰，弯头，灭火星式消声器以及排气直管组成。本文所研究的排气系统是指在竖直排气出口以后部分，即废气排放量是在竖直排气出口处的数值。废气排放相关参数如表1所示。
表1 kc1340gf发电机组废气排放相关参数
负载百分比
排气气体体积流量
排气气体温度
允许最大排气背压
100%
250.6 m3/min
554.9益
6.7 kpa
10%
68.7 m3/min
278.9益
6.7 kpa
二、数值处理计算过程
本文运用正交法来对影响海上平台用柴油发电机排气背压的因素进行分析研究。这样可在实现研究目的地基础上大量减少各种资源的消耗。
由上述柴油发电机的排气参数(如表1所示)及排气系统组成结构图(如图2所示)，根据康明斯柴油发电机组设计应用指南中提供的排气背压计算式，我们选择了废气流量、废气比重、排气管内径以及排气直管当量总长度这4个影响因素作为分析因子来进行研究，并且根据以往项目相关的经验将这4个影响因素在海上平台应用的常用范围内平均分为4个等级(水平)(见表2)。废气比重c可由式1求得，其中t为排气气体温度。
c=352/t+273...........................公式（1）
表2对排气背压影响的因素水平表
因素
a废气量/(m3/min)
b排气管内径/mm
c废气比重/(kg/m3)
d排气直管单量总长/m
水平
1
70
250
0.6
20
2
130
300
0.55
40
3
190
350
0.5
60
4
250
400
0.45
80
选用l16(45)正交表来进行设计对柴油发电机排气背压影响因素数值计算的研究方案(见表3)。
表3 对柴油发电机排气背压影响因素数值计算的研究方案
因素
a废气流量/(m3/min)
b排气管内径/mm
c废气比重/(kg/m3)
d排气直管当量总长度/m
序号
1
康明斯柴油机使用的维护要点
生产厂家详细分析怎样延长使用寿命，减小发电机组零部件磨损度
10KW发电机组燃油耗费和噪音水平
符合相关国家标准950KW柴油机进风系统的作用是什么呢？
柴油发电机组“三漏”的正确处理办法
康明斯电控喷油器的检修步骤
柴油发电机燃油系统易发故障的原因
低噪音(静音)发电机组声音有多大？为什么受欢迎？